第四章功率放大电路
OCL(双电源)——甲乙类。 OTL(单电源)——甲乙类。 4.随着半导体工艺、技术的不断发展,输出功率几十瓦以上 的集成放大器已经得到了广泛的应用。功率VMOS管的出现, 也给功率放大器的发展带来了新的生机。
iL=ic2
ic1
iL RL
uo
ic2
T2
-VCC
注意:T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作。
输入输入波形图 ui
uo ´
死区电压 T1
+VCC
uo
ui
iL RL
uo
uo
T2
-VCC
交越失真
二、特点:
(1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零; (2) 每管导通时间为半个周期 ; T1 (3) 存在交越失真。
将Uom=0.64VCC代入PT1表达式:
PT1max0.2V 2R CC L2 0.2PoM
选管条件
1. PCM PT1max =0.2PoM
PoM
VCC 2 2R L
2. V(BR)CEO2VCC
3. ICM ICQ
4.3 采用复合管的互补对称功率放大电路
增加复合管的目的:扩大电流的驱动能力。
PE
Pomax : 负载上得到的交流信号功率。 PE : 电源提供的直流功率。
(5)功放管散热和保护问题
二. 功率放大器分析方法(图解法)
三极管的静态功耗: PE UCEQ ICQ
若 UCEQ 12VCC
则三极管和负载 RL的 电功 阻耗相等
PE PRL12VCCICQ
动态功耗 (当输入信号Ui时)
电路
Re7 Re9 T6
保险管 BX
差动放大级
C3
R3
偏置电路
T8 T10
C5
T3 Re3
D1 D2
T5 恒流源
负载 Re5
C4 RC8
R4 Re10
RL
负载
-24V
集成功放 LM384管脚说明:
14 -- 电源端( Vcc)
)
1
14
2
13
3
12
4
11
5
10
6
9
7
8
3、4、5、7 -- 接地端( GND) 10、11、12 -- 接地端(GND) 2、6 -- 输入端
(1)最大不失真输出功率Pomax
最大不失真输出电压Uom
Uom=VCCUCES
Pom= ax(VCC R 2 U LCE)2S(VCC 2 R U LCE )2SV 2C RL 2 C
实际输出功率Po
P o=UoIoUo 2m
Uom Uom 2 2RL 2RL
(2)管耗PT
单个管子在半个周期内的管耗
放大电路向电阻性负载提供的输出功率
Po Uo2mIo2m1 2Uo m Io m
在输出特性曲线上,正
好是三角形ABQ的面积,这
一三角形称为功率三角形。
要想PO大,就要使功率三角形的
面积大,即必须使Uom 和Iom 都要大
最大输出功率
P0 12(12VCC)ICQ
电源提供的功率
PE
1
2
02VCCiCd(t)
(2) 功放电路中电流、电压要求都比较大,
注意:电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、
UCEM 、 PCM 。
Ic ICM
PCM
uce UCEM
(3) 电流、电压信号比较大,必须注意防止波形失真
(4) 电源提供的能量尽可能转换给负载,减少 晶体管及
线路上的损失。注意提高电路的效率()
Pomax 100%
动态时:集电极最大 电流
消除交越失真的OTL电路
Icm
VCC 2
U CES RL
二. OCL互补对称电路:
一、工作原理(设ui为正弦波)
+VCC
静态时:
T1
ui = 0V ic1、ic2均=0(乙 类工作状态) uo = 0V
动态时:
ui
ui > 0V
T1导通,T2截止
ui 0V
iL= ic1 ; T1截止,T2导通
P T1 =2 1 π0π(VCC uo)R uo Ld( t)
2 1 π0 π(V C C U os mitn )U oR s m Litn d(t)
1π(V CU C om sitn U o2 m si2n t)d(t)
2 π0 R L
R L
1
(VCCUo
mUo
2
m)
RL
4
两管管耗
21 02VCC(ICQIcmsint)dtVCCICQ
此电路的最高效率
P0m 0.25
PE
甲类功率放大器存在的缺点:
• 输出功率小
• 静态功率大,效率低
三. 几种工作状态
根据在正弦信号整个周期 内的导通情况,三极管可 分为几个工作状态: 甲类:一个周期内均导通 乙类:导通角等于180° 甲乙类:导通角大于180°
PV 4 VCC
Uom VCC时, 78.5%
4
四.三极管的最大管耗
PT
1 1=2π
0π(VCCUomsi nt)•Uom RsLi ntd(t)
1 (VCC UomUom2)
RL
4
问:Uom=? PT1最大, PT1max=?
用PT1对Uom求导得出: PT1max发生在Uom=0.64VCC处。
R1
合理选择R1、R2大小,b3、b5间便
可得到 UBE2 任意倍数的电压。 R2
T3、T4、T5、T6:复合管构成互补 对称功放
准互补
T1
+VCC
T3
T4 T2
T5 RL T6
-VCC
输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管,两者特性容易对称。
总结:互补对称功放的类型
互补对称功放的类型
无输出变压器形式 无输出电容形式
PT=PT1PT2 2 (VCCUomUom2)
RL
4
(3)电源供给的功率PV
P V = V C C 1 π0 πR u o Ld (t)π 2 V CIC cm 2 V π CU L C o R m
PV=PoPT2VCCRUL om
当
Vo
mVC
时
C
,
PVm
2
VCC2 RL
(4)效率
= Po Uom
丙类:导通角小于180°
4.2 互补对称功率放大电路
一. OTL互补对称电路:
基本结构:电路中采用两个晶体管:NPN、 PNP各一支;两管特性一致。组成互补对 称式射极输出器
ic1
注意:T1、T2
两个晶体管都只
在半个周期内工
作。
ic2
交越失真
T2集电极电压:VCC/2
静态时:iL= iC1- Ic2=0
1.功率放大器的特点:工作在大信号状态下,输出电压和输 出电流都很大。要求是在允许的失真条件下,尽可能提高输出 功率和效率。 2.为了提高效率,在功率放大器中,BJT常工作在乙类和甲 乙类状态下,并用互补对称结构使其基本不失真。这种功率放 大器理论上的最大输出效率可以达到78.5%。 3.互补对称功率放大器的几种主要结构:
( OTL电路)
( OCL电路)
OTL: Output TransformerLess OCL: Output CapacitorLess
实用的OCL准互补功放电路:
Rc1
ui T1
反馈级 R1
T2 Rf
共射放大级 Re4
T4
UCB2E R2
准互补功放级 +24V T7 T9
倍增
Rb1
Rb2 C1
波形关系:
iB
iB
uBE
特点:存在较小的静态
电流 ICQ 、IBQ 。
每管导通时间大
IBQ t
于半个周期,基 本不失真。
uB1
iC
t UT ICQ
iC USC /RE ib IBQ Q USC uce
组合特性分析——图解法
负载上的最大不失真电压为Uom=VCC- UCES
uo=-uce
三、OCL互补对称电路分析计算
ui T2
+VCC
iL RL
uo
-VCC
消除交越失真的OCL电路
基本原理:
电路中增加 R1、D1、R、D2、R2支路
静态时: T1、T2两管发射结电位分别为二极管 D1、 D2的正向导通压降,致使两管均处于 微弱导通状态——甲乙类工作状态
动态时:设 ui 加入正弦信号。正半周 T2 截止,T1 基极电位进一步提高,进入良好的导通状态; 负半周T1截止,T2 基极电位进一步提高,进入 良好的导通状态。
4.1功率放大电路的主要特点 4.2 互补对称功率放大电路 4.3 采用复合管的互补对称功率放大电路
4.1功率放大电路的主要特点
功率放大器的作用: 用作放大电路的输出级,以驱 动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表 指针偏转等。
例: 扩音系统
信
电
功
号
压
率提放源自放取大大
一. 功放电路的特点 (1)输出功率Po尽可能大
c ic
e
b ib T1
b ib T1
T2
c
T2
e
ic eb ib
c ic ib
b
复合NPN型
e
1 2
复合PNP型 c ic
晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。
改进后的OCL准互补输出功放电路:
T1:电压推动级(前置放大级)
倍压电路:T2、R1、R2,